一种柔性的有机光探测器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性的有机光探测器，其从下至上依次包括一体化的底电极层、活性层、顶电极；所述一体化的底电极可以为单层或多层结构，实质上为聚合物层包裹电极材料所形成的柔性结构。所述聚合物层可与皮肤形成紧密贴合，最外层聚合物层的杨氏模量在0.01

【技术实现步骤摘要】
一种柔性的有机光探测器及其制备方法


[0001]本专利技术属于新材料领域，具体涉及一种柔性的有机光探测器及其制备方法。

技术介绍

[0002]生物信号的实时监测对生物医疗、健康监控、康复保健等领域具有重要意义，当前技术手段仍普遍依赖于繁冗复杂的医疗设备，对医学技术手段具有较强的依赖性，普及性较差。
[0003]不同于传统的刚性电子系统，基于柔性材料体系的可贴合光电器件能够随形贴附于人体皮肤等不规则曲面，在机械形变下能够保持稳定的光电性能，可以通过无创的方式实现对血氧、心率、脉搏等生理信号的实时监控，极大地改善人们的生活质量，在可穿戴的人体信号探测领域拥有巨大的发展需求。有机光探测器因具有较低的杨氏模量、可溶液加工、光电性质易调控、成本低等优点，在可贴合生物信号探测器中具有明显的优势。
[0004]为实现有机光探测器在可贴合探测器中的应用，其器件整体结构以及各组分(一般包含基底、电极、电极界面以及活性层)均应具备良好的机械柔性，甚至可拉伸性。目前研究报道中通常采用超薄的器件结构来减小器件在弯曲状态下所承受的应力，从而获得可弯曲的柔性有机光探测器，所用基底通常为PET、PEN、PI等柔性基底(Adv.Electron.Mater.2020,1901017；Nat.Commun.2014,5,5745；Nanotechnology 2019,30,435203.)，虽满足柔性可弯曲电子的应用需求，但其杨氏模量高达2.8
‑
6.1GPa，难以与柔软的人体组织器官相兼容(人体杨氏模量通常在MPa水平或更低)，因此难以满足可贴合器件的应用需求。此外，为改善器件的可拉伸性，日本Someya课题组将不可拉伸的超薄探测器转移到预拉伸弹性基底上(Adv.Mater.2018,30,1802359.)，利用应力释放后产生的波浪结构来获得可拉伸器件，然而这种波浪结构无法实现器件与曲面良好界面接触，且难以实现规模化制备。最新研究结果也指出，相较于传统刚性器件，基于同种结构的柔性探测器的基本性能因相关技术问题仍相对落后(Science 2020,370,698
–
701.)。因此，目前仍缺少有效的技术策略来获得可贴合有机光探测器。
[0005]目前关于可贴合有机光探测器的研究十分有限，普遍基于柔性电极和柔性基底，不具备可拉伸性和贴合性，其高杨氏模量也不利于进一步体现有机光电材料在机械柔性上的优势；柔性器件性能也相对落后，因此也难以保证其在可穿戴生物信号探测的可靠性。
[0006]基于以上论述，制备一种可穿戴探测器，使其保证与人体皮肤的紧密接触的同时，能保持稳定的光电性能，对于该领域的研究是至关重要的。

技术实现思路

[0007]针对上述缺陷，本专利技术提出一种柔性的有机光探测器，基于该柔性的有机光探测器结构具有良好的可贴合性并且可以与人体皮肤形成紧密的界面接触；在机械形变状态下能保持稳定的光电性能；且相比于刚性器件，可贴合性有机光探测器对生物信号的获取更为精准。
[0008]本专利技术的一个目的在于提供一种柔性的有机光探测器。
[0009]一种柔性的有机光探测器，其从下至上依次包括一体化的底电极层、活性层、顶电极；其中，所述一体化的底电极层为
[0010](1)单层结构，
[0011]所述单层结构中，
[0012]包括聚合物层(0)和电极材料，且
[0013]所述聚合物层(0)部分地或全部地包裹所述电极材料；
[0014]或
[0015](2)多层结构，
[0016]所述多层结构中，
[0017]包括聚合物层和电极材料，且
[0018]所述聚合物层为若干层，从内到外依次为聚合物层(1)
‑
聚合物层(n)，且
[0019]任意的相邻的两层聚合物层(m
‑
1)和聚合物层(m)中，所含聚合物不相同；
[0020]任意的相邻的两层聚合物层(m
‑
1)和聚合物层(m)中，聚合物层(m)部分地或全部地包裹聚合物层(m
‑
1)；
[0021]m≤n；
[0022]所述聚合物层(1)部分地或全部地包裹所述电极材料；
[0023]且所述聚合物层(0)和所述聚合物层(n)，杨氏模量均在0.01
‑
12MPa。
[0024]本专利技术的聚合物层，其杨氏模量与人体皮肤相近，可以紧密贴合于人体皮肤上。
[0025]需要说明的是，人体皮肤随着人种、性别、年龄、生活环境、身体部位、测试方式的不同，杨氏模量呈现出很大的不同。在此我们选择的人体皮肤的杨氏模量的范围，最大的数值，参考的是人体特定部位的皮肤的杨氏模量，约为12MPa；而最小的数值，取值约为0.01MPa。本专利技术可以根据具体所测得的人体皮肤的杨氏模量，选择与其相匹配的柔性的有机光探测器。
[0026]本专利技术的顶电极，可以但不限于氧化铟锡、石墨烯、金属网格、3,4
‑
乙撑二氧噻吩混合聚苯乙烯磺酸盐、金属纳米线、银浆、碳纳米管；
[0027]所述金属可以但不限于银、金、锂、钙、锶、钡、铟、镁、铝、铜、中的任意一种或多种复合材料。
[0028]进一步地，所述聚合物层(0)、聚合物层(1)
‑
聚合物层(n)中，每一聚合物层独立地选自
[0029](i)聚合物：所述聚合物选自基于硅的聚合物、聚多元醇类聚合物、聚丙烯酸类聚合物、聚烯醇类聚合物、聚酰胺类聚合物、聚酯类聚合物、含芳香环类聚合物的一种或多种。
[0030]上述聚合物，可以但不限于聚二甲基硅氧烷、含羟基的聚二甲基硅氧烷、经改性的聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、聚对二甲苯、线型聚乙烯醇、聚对苯二甲酸乙二醇酯、交联聚乙烯醇、聚酰亚胺、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚戊烯、聚己烯、聚苯乙烯、聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚环氧丁烷、聚环氧己烷、聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、聚戊二醇、聚丙烯酸、苯乙烯
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乙烯
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苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯
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丁烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物、苯乙烯
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乙烯
‑
丁烯
‑
苯乙烯嵌段共聚物的一种，或基于上述材料的衍生物。
[0031]或(ii)：由(i)中任意两种或多种所述聚合物作为共聚单元，所组成的共聚物。
[0032]或(iii)：(i)和(ii)的混合物。
[0033]本专利技术中的术语“活性层”，是指活性层中的p型材料和活性层中的n型材料溶于溶剂，并且可选地添加少量添加剂(如二碘辛烷)后，经物理共混并旋涂所形成的混合物的成膜态。
[0034]本专利技术中的术语“活性层中的p型材料”，是指具有共轭结构的有机半导体材料，其在活性层中给出电子；
[0035]本专利技术中的术语“活性层中的n型材料”，是指具有共轭结构的有机半导体材料，其在活性层中获得电子。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性的有机光探测器，其特征在于，所述柔性的有机光探测器从下至上依次包括一体化的底电极层、活性层、顶电极；其中，所述一体化的底电极层为(1)单层结构，所述单层结构中，包括聚合物层(0)和电极材料，且所述聚合物层(0)部分地或全部地包裹所述电极材料；或(2)多层结构，所述多层结构中，包括聚合物层和电极材料，且所述聚合物层为若干层，从内到外依次为聚合物层(1)
‑
聚合物层(n)，且任意的相邻的两层聚合物层(m
‑
1)和聚合物层(m)中，所含聚合物不相同；任意的相邻的两层聚合物层(m
‑
1)和聚合物层(m)中，聚合物层(m)部分地或全部地包裹聚合物层(m
‑
1)；m≤n；所述聚合物层(1)部分地或全部地包裹所述电极材料；且所述聚合物层(0)和所述聚合物层(n)，杨氏模量均在0.01
‑
12MPa。2.根据权利要求1所述柔性的有机光探测器，其特征在于，所述聚合物层(0)、聚合物层(1)
‑
聚合物层(n)中，每一聚合物层独立地选自(i)聚合物：所述聚合物选自基于硅的聚合物、聚多元醇类聚合物、聚丙烯酸类聚合物、聚烯醇类聚合物、聚酰胺类聚合物、聚酯类聚合物、含芳香环类聚合物的一种或多种；或(ii)：由(i)中任意两种或多种所述聚合物作为共聚单元，所组成的共聚物；或(iii)：(i)和(ii)的混合物。3.根据权利要求1所述柔性的有机光探测器，其特征在于，所述电极材料选自金属纳米线、碳纳米管、导电聚合物、金属网格、石墨烯的一种或多种的混合物。4.根据权利要求3所述柔性的有机光探测器，其特征在于，所述金属纳米线选自金属单质纳米线、金属合金纳米线的一种或多种的混合物。5.根据权利要求1所述柔性的有机光探测器，其特征在于，所述柔性的有机光探测器还包括底电极缓冲层、顶电极缓冲层的一种或两种。6.根据权利要求5所述柔性的有机光探测器，其特征在于，所述底电极缓冲层和所述顶电极缓冲层的材料，独立地选自水醇溶类界面材料、水醇溶富勒烯衍生物材料、有机n型材料、金属化合物类材料的一种或多种的混合物。7.根据权利要求1所述柔性...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄飞，崔楠，杨喜业，解博名，宋煜，
申请(专利权)人：广州光达创新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：